식물의 실내 공기정화 원리

1. 식물의 실내 공기정화 원리

• 식물에 의한 공기정화 원리는 첫째, 잎과 뿌리쪽 미생물의 흡수에 의한 오염물질 제거이다. 잎에 흡수 된 오염물질은 광합성의 대사산물로 이용되고, 화분 토양내로 흡수된 것은 뿌리부분의 미생물에 의해 제거된다. 둘째는 음이온, 향, 산소, 수분 등 다양한 식물 방출물질에 의해 실내 환경이 쾌적하게 되는 것이다. 잎에 광량을 높이면 광합성속도가 증가하여 제거능력이 높아지고, 화분에 실내 오염물질을 자 주 처리할수록 뿌리부분에 관련 미생물이 증가하여 제거능력이 우수해진다.

그림 2. 화분의 지피방법에 따른 공기정화 효과

• 실내 공기정화를 위한 효과적인 화분 지피방법은 뿌리부분에 공기가 원활히 접촉할 수 있는 소재가 좋기 때문에 모래보다는 식물 체가 좋다. 모래 중에는 가는 모래보다 굵은 모래가 우수하고, 식물체 중에서는 살아있는 식물체에 의한 지피가 우수하다. 특히 셀 라지넬라로 지피할 경우에는 같은 화분에서 약 40%정도 공기정화 효과가 증가 한다.

그림 3. 실내식물의 공기정화 원리

• ① 잎에 흡수된 오염물질은 대사산물로 이용되어 제거되고, 일부는 뿌리로 이동하여 토양내 근권부 미생물의 영양원으로 활용되어 제거된다.
• ② 음이온, 향, 산소 등의 방출물질에 의해 환경이 정화되며, 증산작용에 의해 공중습도가 올라가고, 주변 온도를 조절한다.
• ③ 미생물은 유기물을 분해하여 식물 영양원으로 제공하고, 뿌리 유출물은(광합성산물의 최대 45%) 미생물의 영양원이 되어 상호공생의 역할을 한다. 실내 공기 중의 VOC는 뿌리부분의 미생물에 의해 제거된다.
• ④ 증산작용으로 화분 토양내의 부압이 형 성되어 오염된 공기가 이동하면 뿌리부분의 미생물과 토양 흡착 등에 의해 제거된다.

2. 식물 흡수에 의한 실내 공기정화

• 가. 포름알데히드
  • 포름알데히드는 각종 건축자재나 가구류의 방부제나 접착제 등에서 많이 발생하며 새집증후군의 주요 원인물질로 알려져 있다. 실내식물에 의한 포름알데히드 제거는 기공을 통해 흡수되어 포름산으로 전환되고, 포름산은 다시 이산화탄소로 전환되어 광합성 과정에서 당, 유기산, 아미산 등으로 전환됨으로 무독화된다. 결국 흡수된 포름알데히드의(HCHO)의 탄소(C)는 이산화탄소(CO2)처럼 대사산물로 이용됨 으로써 제거된다. 또한 뿌리부분에 있는 미생물의 영양원으로 이용되어 제거된다. 포름알데히드 제거 능력은 양치류가 가장 우수하고, 그 다음이 허브식물, 그리고 자생식물과 관엽식물이었다. 가장 우수한 식물은 고비, 부처손(셀라지넬라) 등이었으며 가장 낮은 식물에 비해 약 60배 높았다. 관엽식물 중에서는 디펜바키아, 지피식물에서는 부처손이 우수하였다.

※ 허브식물을 제외하고 엽면적 보정식에 의해 보정된 값임

• 디쉬가든의 종류에 따라서는 수경재배에 미스트가 들어간 것이 포름알데히드 제거 능력이 가장 우수하 고 다음이 토양재배, 그리고 수경재배 순이었다.

• 수경재배에 미스트 첨가
• 토양재배
• 수경재배

그림 5. 디쉬가든의 종류에 따른 포름알데히드 제거 효과의 실험재료

• 나. 휘발성유기화합물
  • 휘발성유기화합물(VOCs: Volatile Organic Compounds)은 실온에서 휘발하기 쉬우며 피부에 잘 흡수 되는 성질을 가지고 있고, 특히 새집증후군의 주요 원인물질로 알려져 있다. 건축재료, 세탁용제, 가구류, 카펫접착제, 페인트 등에서 주로 방출되며, 벤젠, 톨루엔, 자일렌 등이 대표적인 물질로 실내에서 300-400 종류가 검출된다. 휘발성유기화합물 제거 능력이 우수한 식물은 아레카야자, 스파티필럼 등이 있다.
• 다. 일산화탄소
  • 무색 무취인 일산화탄소는 요리할 때 불완전 연소로 인해 발생하기 때문에 사무공간보다는 일반 가정 에서 피해가 많다. 호흡기관에 들어가 적혈구의 산소운반 능력을 저하시켜 두통, 구토감, 호흡곤란을 일으키며 심하면 사망한다. 일산화탄소를 제거하는 능력이 우수한 식물로 스킨답서스, 안스리움, 돈나 무, 클로로피텀, 쉐플레라, 백량금 등이다.

• 스킨답서스
• 안스리움
• 돈나무

그림 6. 일산화탄소 제거 능력이 우수한 실내식물

3. 식물 방출물질에 의한 실내 공기정화

• 가. 음이온
  • 인간은 산소(O2)와 동시에 산소분자에 있는 음이온(O2-(H2O)n)을 흡입함으로써 건강을 유지한다. 인간은 숲에서 살아오는 과정에서 숲의 음이온 량(1㎤당 400-1000개, 평균 700개)에 신체가 이온균형을 유지하도록 적응해왔다. 그러나 산업화 이후 도시화 되면서 대기가 오염되었고, 오염물질은 대부분 양 이온으로 대전됨으로써 음이온의 비율이 낮아졌다. 자연상태와 가까운 환경에서는 공기 중의 음이온과 양이온의 비율이 1.2 : 1 정도이며, 이에 비해 도시지역이나 오염지역 등은 1 : 1.2-1.5으로 양이온 의 비율이 높은 것으로 알려져 있다.

그림7.식물의 음이온 발생량 측정
(밀폐된 아크릴 챔버에 화분을 공간대비 30% 넣고, 음이온 측정기를 이용하여 각각의 식물에 대한 음이온 발생량을 측정하는 과정이다)

1) 음이온 생성

• 음이온은 1㎤당 약 30조개 정도의 대기 분자 중에서 자외선, 우주광선이나 지각에서 발생한 각종 방사선에 의해 1만개 이하의 극히 일부 분자에서 전자가 튀어나와 이온화 되는 과정에서 생성된다. 튀어나온 전자는 대기의 78%를 이루고 있는 질소(N2)에 붙을 확률이 높지만 21%를 구성하고 있는 산소의 전자 친화력이 질소보다 약 100배 정도 높기 때문에 일반적으로 산소분자가 음이온이 되고 질소가 양이온으로 대전된다. 또한 물분자가 H+와 OH-로 분해되고 OH-에 물분자가 결합된 OH- (H2O)n형태로 대전 되는 것으로 알려져 있다. 그리고 숲속은 식물의 광합성 작용과 증산작용에 의 해 산소와 물분자가 많아 음이온이 많다.

2) 음이온 효과

• 실내에서 음이온의 효과는 크게 두 가지로 요약된다. 첫째, 음이온의 전기적 특성에 의한 오염물질 제거이다. 미세먼지나 화학물질 등의 오염물질은 양이온으로 대전되어 서로 밀어내며 공기 중에 떠다니게 된다. 이때 음이온이 공급되면 오염물질은 전자를 얻고 안정화 되어 땅으로 떨어짐으로 제거된다. 둘째, 피부와 호흡을 통해 몸속으로 들어간 음이온에 의한 신진대사 촉진 효과이다. 현대인 은 양이온이 많은 생활환경에 노출됨으로써 각종 질병이나 스트레스에 시달리고 있다. 따라서 충분한 음이온 공급으로 신체의 이온 불균형에 대한 문제 해결이 필요하다.

• 거대화된 결과 자신의 중량 때문에
  부유되지 못하고 최종적으로 지표나 바닥에
  낙하 한다(음(-)이온의 정화작용)
• 초기음이온의로부터 전자를 얻은 오염물질은
  음(-) 대전으로 되어 다른 오염물질(+)를 전기적으로 끌어들여서 점차적으로 커진다
• 초기음(-)이온은
  오염물직(아르겐)이
  되어가는 과정

그림8. 음이온에 의한 오염물질 제거 과정

그림9. 음이온이 신체에 미치는 5대 작용

3) 식물의 음이온 발생

• 음이온 발생량은 식물 종류별로 차이가 있지만 일정공간에 화분을 약 30% 정도로 채우게 되면 공 기 1㎤당 약 100-400개정도가 발생하게 된다. 음이온을 많이 발생하는 식물은 팔손이나무, 스파 티필럼, 심비디움, 광나무 등으로 대체적으로 잎이 크고 증산작용이 활발한 종이다

• 팔손이나무
• 스파티필럼
• 심비디움

그림10. 음이온이 많이 발생하는 식물

• 나. 실내 온·습도 조절
  • 식물의 기공을 통한 증산이나 식재 용토 표면으로 증발되는 수분에 의해 실내 습도가 조절된다. 실내에 식물을 공간대비 9%를 두면 약 10%의 상대습도가 증가한다. 대기가 건조하면 증산과 증발량이 증가 하고, 습하면 감소하는 자기조절(self-control)능력이 있다. 증산에 의해서 형성되는 공중습도는 완전한 무균상태이다. 화분으로 장식할 경우 공기 중의 습도가 높아지는 것은 잎의 기공을 통한 증산작용이 약 90%, 토양 증발에 의해 약 10%로 대부분 증산작용에 의해서 높아진다. 식물의 종류, 배치 방법 및 배치 양에 따라 실내 환경의 온도, 습도가 달라진다.
• 다. 향(피톤치드)
  • 피톤치드(phytoncide)는 식물을 의미하는 피톤(phyton)과 죽인다는 의미를 갖는 치드(cide)의 합성어이다. 허브의 잎 등에서 나는 냄새를 향이라고 부르는 반면에 수목에서의 향은 피톤치드라고 말한다. 향의 효능은 쾌적감과 소취·탈취 효과, 항균·방충 효과로 크게 3가지로 구분할 수 있다. 성분은 테르 펜류와 같은 휘발성물질과 알칼로이드, 플라보노이드, 페놀성물질 등의 비휘발성물질도 포함한다. 피톤치드의 치드(cide)에서 추측할 수 있듯이 균을 죽이는 항균 효과를 갖고 있어 실내 부유세균의 수를 줄여 실내정화 효과가 있다. 또한 일부 향은 스트레스 호르몬인 코티졸(cortisol)의 농도를 감소시켜 스트레스를 완화 시키는 효과가 있다.
• 라. 미세먼지
  • 먼지는 직경에 따라 2.5㎛ 미만의 미세입자와 2.5㎛이상의 거대입자로 분류할 수 있다. 인체 건강에 영향을 크게 미치는 것은 미세먼지이다. 미세먼지는 약 20-30㎛ 정도 크기의 식물기공에 의해 직접 흡수 되거나, 잎 표면에 있는 털 등에 흡착되어 제거 된다. 또한 일반적으로 플러스(+)로 대전되어 있 는 미세먼지는 식물에서 발생한 음이온에 의해 제거되기도 한다.